新型輸電線路故障測距裝置的研制

胡永恒　李長征　喬莉　楊磊

摘 要：隨著我國整體經濟實力的全面發展壯大，我國對于電力資源的需求量也越來越高，輸電線路網絡逐漸密集化，這對于輸電線路檢修的工人來說，工作量翻倍的增加，所以對于輸電線路中故障測距裝置的研究是解決當下輸電線路監測的一個重要的突破點。為提高輸電線路故障檢測工作的效率，采用新型技術對線路故障裝置進行研發和設計，是促進電力行業發展的核心工作之一。

關鍵詞：輸電線路;故障測距;研制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.080

0 引言

全國的輸電網絡系統十分龐大，當某一線路發生故障時，為了不影響居民的日常生產生活的正常進行，需要對故障線路進行及時的維修。在維修工作中，及時且快速的找到線路故障部位，可以在很大程度上減少線路巡查的工作量，節約維修時間及人力資源的投入，降低因電力故障造成的財產經濟損失。目前，結合新型科學技術研制的輸電線路故障測距裝置，都是基于QNET協議的新型行波故障測距系統裝置。與傳統的裝置相比較而言，此類系統采用超高采樣頻率，同時支持分布式的接入，能夠靈活的達到數據共享，數據儲存，優化測距結果等。新型輸電線路測距裝置能夠彌補傳統裝置的許多弊端，提高測距的精密度，準確定位故障部位。本文將針對采用行波法工作原理的輸電線路故障測距裝置進行研究，探索新型裝置的研發與設計的具體要求和過程。

1 行波法測距裝置的簡述

高壓輸電線路是整個電力作業系統的重要部分。輸電線路出現故障時要做到及時切斷故障線路部分，并且快速將故障部位進行維修。但是目前為止，輸電線路通常采用的測距裝置的精確度不夠，只能夠判斷出線路故障的區域，不能夠精確的做到定點的判斷，無法滿足電力工作者的需求。

行波測距法是指利用行波理論實現的測距方法，利用行波在故障部位和測量部位之間傳送的時間差值測量故障部位的距離。主要是在線路發生故障后在線路的始端注入脈沖信號，根據脈沖信號在檢測裝置發出到在故障點停下并返回的時間進行距離的測量。行波測距法可以大致分為4種方式，A型，B型，C型，D型行波測距。根據原理的不同可以分為2類，阻抗法和行波法。阻抗法是指測量阻抗達到計算距離的目的。但是由于阻抗法自身的缺點，其實際應用范圍在不斷減小。根據使用的故障量的不同可以分為2類，單端法和雙端法。單端法是指只利用線路的一端的電壓或者電流。雙端法是指利用線路兩端的電壓或者電流。

2 行波故障測距裝置的基本原理

2.1 雙端行波測距原理

雙端行波測距原理是指利用線路兩端的電壓和電流以及一些必要的系統參數，經過公式的化簡運算得到測距的方程式，以解算出故障點的距離。通過使用雙端行波測距原理對雙端數據進行計算，所解算出的方程數就是未知的距離數。雙端行波測距原理可以基本上完全抵消故障過渡電阻的影響作用，精準實現故障部位距離的測量。但是雙端行波測距原理必須使用線路兩端傳遞的信息，算法還需要滿足線路兩端數據的同步和測距方程的偽真問題。

2.2 單端行波測距原理

單端行波測距原理是指利用線路一端的電壓和電流以及一些必要的系統參數，進而計算出故障部位的距離。單端行波測距裝置因為自身使用過程只需要利用線路單端的信息，同時設備和保護裝置共同使用一套PT和CT設備，裝置所需的硬件設備的資金自然就減少，同一設備的使用也減小了其它通信條件的限制。但是單端行波測距裝置仍然存在一些問題，例如故障處的過渡電阻以及阻抗的變動和不對稱性對故障距離的測量的精確度產生一定的影響，這是單端測距一直無法解決的難題。

3 新波故障測距裝置的關鍵技術

3.1 行波信號的接收

行波是指平面波在傳輸線的一種傳送狀態，在電路種的行波傳輸可以分為入射行波和反射行波。入射行波是指在傳輸線始端傳輸到終端的電磁波。反射行波是指在傳輸線路終端向傳輸線路始端的電磁波。兩種反射波的傳播速度和衰減具有相同的相位變化，只是傳遞的方向不同。在行波距離測量的過程中，小波變換的算法是優勢較為明顯的一種算法，它能夠精確的獲取行波到達設備的時間，同時具有消除噪音，分頻優化的功能。在接收行波信號的過程種，一般使用較為廣泛的有以下兩種。

（1）根據分頻特性提取行波信息。根據對多分辨分析理論的研究可以知道，在行波傳輸過程中，隨著尺度參數a的二進膨脹，信號會被分解然后傳遞到每一個小波空間內部，根據小波變換中的時頻局部化性質顯示，如果a增大時，相應的中心頻率隨之降低，根據這一變化可以總結出，尺度越小的小波空間中，頻帶會較高，尺度大的小波空間中，頻帶會較低。小波變換算法可以將信號分解為許多個互不重疊的頻帶信號，進行信號的獲取和接收。同時小波變換可以對其它頻率的行波進行選擇性的篩選，減少在信號提取中的裝置和算法等原因造成的工作復雜性，確保行波不受其它因素的影響。

（2）根據奇異性檢測定位行波波頭。在輸電線路故障檢測中，會利用正反向行波的到達后的先后順序確定故障部位的大致方向，例如，如果是反方向出現故障時，初始行波中就會只有正向的行波，那么正向行波在傳遞過程就會先于反響行波到達檢測地點，如果是正方向出現故障時，初始行波就會只有反向行波，那么反向行波就會先于正向行波到達檢測地點。行波測距在利用時間計算故障距離時，小波變換的模極大值和信號的奇異點會相互對應，所以根據這一特征，利用小波變換可以對波頭做到一個精確化的定位，檢測到波頭的位置后對于信號的收集和獲取會有很大的幫助。

4 結束語

無論是國內還是國外，伴隨著電力行業的蓬勃發展，在高壓輸電線路的建設過程中，行波測距裝置已經成為輸電線路檢測中一個十分重要的組成成分。行波測距裝置能夠滿足電力工作者的工作需求，在高壓輸電線路中及時，精確的定位到線路故障點。行波測距裝置的使用能夠減少電力故障造成的經濟損失，降低財產及人力資源的投入。本文基于對新型行波測距裝置的工作原理進行了總結，對裝置主要運用的關鍵技術進行了詳細的介紹，提出了適合實際作業的裝置設計方案，希望對電力行業的發展有所幫助。

參考文獻：

[1]楊榮華.新型輸電線路行波故障測距裝置研究[D].山東大學，2015.

[2]劉亞東.輸電線路分布式故障測距理論與關鍵技術研究[D].上海交通大學，2012.